[发明专利]双向直流变换器及其输出电压范围切换方法、双向充电机

说明书

本发明提供一种双向直流变换器及其输出电压范围切换方法、双向充电机，双向直流变换器包括：N个第一变换模块；N个变压器模块，N个变压器模块的第二侧绕组相串联，且每两个相邻的第二侧绕组之间的串联连接线路上均设置有切换开关；N个第二变换模块；控制模块，控制模块分别与每个切换开关、每个第一变换模块和每个第二变换模块相连，控制模块用于根据双向直流变换器的变换方向、输入侧电压和输出侧需求电压，控制每个切换开关的开关状态和相应的第一变换模块、第二变换模块中功率单元的工作状态，以满足双向直流变换器的输出侧需求电压。本发明结构简单，控制逻辑简单。

技术领域

本发明涉及双向直流变换器技术领域，具体涉及一种双向直流变换器、一种双向充电机和一种双向直流变换器的输出电压范围切换方法。

背景技术

随着V2G(Vehicle-to-Grid，车辆到电网)概念系统化发展的愈发完整，电动汽车除了作为一个移动交通工具外，人们还希望某些时刻它同时可以作为一个移动的储能单元，即在出现用电缺口的时候可以随时向电网反馈能量。因此，相应的，需要作为传递枢纽的双向变换器来实现这些功能。

通常，具备双向传递能量的直流变换器系统通常会包含多个双向DC/DC模块，每个双向DC/DC模块均包含两级变换单元(DC/AC单元和AC/DC单元)和一级隔离单元(变压器)。对于该类双向直流变换系统，如公开号为CN214429294U的专利所公开的，第一级变换单元和第二级变换单元，各自会有多个单元的串联、并联或串并联以满足宽范围的工作电压需求。该类双向直流变换系统中的控制器会根据实时需要传递能量大小的需求，通过对设置于系统输入侧和输出侧的大量开关的控制，实现对变换单元投入使用数量的优化，以及连接方式的选择，使得系统以最佳连接方式投入合适的变换单元完成功率变换与传递。

目前电动车电池电压依据车型的不同一般在300V到800V左右，在实现恒功率充电时，与之匹配的是多个充电电压范围，如375V-500V、500V-750V以及750V-1000V。上述的双向直流变换器系统，由于涉及的开关较多，且是采用对变换单元数量、连接方式的控制来满足不同范围的工作电压需求的，不仅电路拓扑结构复杂，而且对应的控制逻辑复杂，不易实现、成本较高且可靠性较低。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种双向直流变换器及其输出电压范围切换方法、双向充电机，结构简单，控制逻辑简单，从而能够方便、可靠、低成本地满足不同的输出电压需求，尤其适用于对电动汽车的充电场景。

本发明采用的技术方案如下：

一种双向直流变换器，包括：N个第一变换模块，其中，N为大于1的整数；N个变压器模块，所述N个变压器模块与所述N个第一变换模块一一对应，每个所述变压器模块的第一侧与对应的第一变换模块的交流侧相连，所述N个变压器模块的第二侧绕组相串联，且每两个相邻的第二侧绕组之间的串联连接线路上均设置有切换开关；N个第二变换模块，所述N个第二变换模块与所述N个变压器模块一一对应，每个所述第二变换模块的交流侧与对应的变压器模块的第二侧相连；控制模块，所述控制模块分别与每个所述切换开关、每个所述第一变换模块和每个所述第二变换模块相连，所述控制模块用于根据所述双向直流变换器的变换方向、输入侧电压和输出侧需求电压，控制每个所述切换开关的开关状态和相应的第一变换模块、第二变换模块中功率单元的工作状态，以满足所述双向直流变换器的输出侧需求电压。

每个所述变压器模块的第一侧绕组与自身的第二侧绕组具有电磁耦合关系、与自身之外的变压器模块的第二侧绕组不具有电磁耦合关系。

任一所述变压器模块的第一侧绕组与任一所述变压器模块的第二侧绕组具有电磁耦合关系。

所述N个第一变换模块的直流侧均并接到直流母线，所述N个第二变换模块的直流侧均并接到电池。

所述N个第一变换模块的直流侧相串联后连接到直流母线，所述N个第二变换模块的直流侧均并接到电池。